Новый метод поиска генетической основы конвергентной эволюции

Европейский крот и австралийский сумчатый крот, живущие далеко друг от друга, независимо развили схожие конечности, идеально приспособленные для рытья. Это пример конвергентной эволюции — независимого развития сходных признаков у неродственных видов (как крылья у птиц и летучих мышей или ядовитое жало у разных животных).

Учёных интересует, какие изменения в генетическом материале (генотипе) ответственны за формирование таких сходных признаков (фенотипов). Однако поиск осложняется тем, что за огромное время эволюции накапливается множество случайных, нейтральных мутаций, не влияющих на фенотип, что затрудняет выявление действительно важных изменений.

Новый показатель молекулярной эволюции

Доктор Кенджи Фукусима (JMU Вюрцбург) и Дэвид Д. Поллок (Университет Колорадо) разработали новый метод, который значительно эффективнее существующих выявляет генетическую основу фенотипических признаков. Их работа опубликована в Nature Ecology & Evolution.

Ключевой результат: учёные создали новый показатель (метрику) молекулярной эволюции, который точно отражает скорость конвергентной эволюции в белковых кодирующих последовательностях ДНК. Этот метод позволяет определить, какие генетические изменения связаны с фенотипами организмов на эволюционной шкале в сотни миллионов лет.

Основа метода и его преимущества

Метод стал возможен благодаря расшифровке и доступности геномов множества видов. Однако при анализе данных высок риск «ложноположительной конвергенции» — когда мутация ошибочно связывается с признаком из-за нейтральных изменений или методологических погрешностей.

Решение: Новая метрика измеряет скорректированную на ошибки скорость конвергентной эволюции белков. Это позволяет отличить действие естественного отбора от генетического «шума» и филогенетических ошибок. Дополненный эвристическим алгоритмом, подход позволяет проводить двунаправленный поиск ассоциаций «генотип-фенотип» даже у линий, разошедшихся сотни миллионов лет назад.

Проверка и дальнейшие планы

Учёные протестировали метод, проанализировав более 20 миллионов комбинаций ветвей в генах позвоночных. В следующих исследованиях они планируют применить этот подход к хищным растениям, чтобы расшифровать генетическую основу их способности привлекать, захватывать и переваривать добычу.